Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät

Institut für Chemie

Fachgebiet: Analytische Chemie

Betreuer: PD Dr. Gerd-Uwe Flechsig



Dipl.-Chem. Heiko Duwensee
(e-mail: heiko.duwensee@uni-rostock.de )

Towards Electrochemical PCR-Chips - Contributions to Couple Enzymatic Amplification and Electrochemical Detection of DNA

DNA (deoxyribonucleic acid) as carrier of the genetic instructions to construct proteins and RNA (ribonucleic acid) is one of the most important biomolecules. In this work the electrochemical DNA detection at heated electrodes as one alternative to the classical methods for the detection of DNA, like blotting and gel electrophoresis, is presented. Electrochemical detection is a good alternative as electrochemical sensors are generally considered to be cheap, good to miniaturize and no further signal transduction is needed. At elevated temperature an increase in sensitivity and selectivity as well as the minimization of electrode fouling could be observed. Surface modifications in the nano scale could further more improve the sensitivity. Procedures to detect genetically modified maize (MON 810) and PCR products were developed as also a selective heatable 16-electrode DNA array. The combination of DNA amplification and electrochemical detection was proved and will help to create ultra sensitive DNA sensors in the near future.

DNA (Desoxyribonukleinsäure) ist eines der wichtigsten Biomoleküle. Sie trägt die genetischen Informationen, um Proteine und RNA (Ribonukleinsäure) herzustellen. In dieser Arbeit wird die elektrochemische DNA-Detektion an geheizten Elektroden als eine Alternative zu den klassischen Detektionsmethoden wie z.B. Blotting und Gelelektrophorese vorgestellt. Die elektrochemische Detektion ist hierfür eine gute Alternative. Das liegt unter anderem daran, dass elektrochemische Sensoren im Allgemeinen günstig sind, leicht zu miniaturisieren sind und keine weitere Signalumwandlung benötigen. Messungen, die bei erhöhten Temperaturen durchgeführt wurden, zeigten eine Verbesserung der Empfindlichkeit und der Spezifität. Das Elektrodenfouling konnte dadurch minimiert werden. Weitere Verbesserungen der Empfindlichkeit konnten durch Oberflächenmodifikationen im Nanomaßstab erreicht werden. Methoden, um genetisch veränderten Mais (MON 810) und PCR Produkte nachzuweisen, wurden vorgestellt. Ein selektiv heizbares 16-Elektroden-Array für die DNA-Analyse wurde entwickelt. Die Kombination aus DNA-Vervielfältigung und elektrochemischer Detektion wurde erfolgreich angewendet und dies wird in der Zukunft hilfreich sein, um hoch sensitive DNA-Sensoren herzustellen.